V-ATPase - V-ATPase

V-ATPase
Esquema V-ATPase
Identificadores
Símbolo	V-ATPase
TCDB	3.A.2
Superfamília OPM	5
Proteína OPM	2bl2
Membranome	226

V-ATPase, subunidade c (Vo)
Região que atravessa a membrana da ATPase de sódio do tipo V de Enterococcus hirae . Os limites de hidrocarbonetos calculados da bicamada lipídica são mostrados por pontos vermelhos e azuis
Identificadores
Símbolo	ATP-synt_C
Pfam	PF00137
InterPro	IPR002379
PRÓSITO	PDOC00526
SCOP2	1aty / SCOPe / SUPFAM
Estruturas de proteínas disponíveis: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumo da estrutura

V-ATPase, subunidade C (V1)
estrutura cristalina da subunidade C (vma5p) da v-atpase de levedura
Identificadores
Símbolo	V-ATPase_C
Pfam	PF03223
InterPro	IPR004907
SCOP2	1u7l / SCOPe / SUPFAM
Estruturas de proteínas disponíveis: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumo da estrutura

V-ATPase, subunidade d / d2
estrutura cristalina da subunidade C (subunidade d de levedura) da v-atpase
Identificadores
Símbolo	vATP-synt_AC39
Pfam	PF01992
InterPro	IPR002843
SCOP2	1r5z / SCOPe / SUPFAM
Estruturas de proteínas disponíveis: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumo da estrutura

V-ATPase, subunidade H, N-terminal
estrutura cristalina da subunidade reguladora H da atpase tipo v de saccharomyces cerevisiae
Identificadores
Símbolo	V-ATPase_H_N
Pfam	PF03224
Clã Pfam	CL0020
InterPro	IPR004908
SCOP2	1ho8 / SCOPe / SUPFAM
Estruturas de proteínas disponíveis: Pfam   estruturas / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumo da estrutura

A ATPase do tipo vacuolar ( V-ATPase ) é uma enzima evolutivamente antiga altamente conservada com funções notavelmente diversas em organismos eucarióticos . As V-ATPases acidificam uma ampla gama de organelas intracelulares e bombeiam prótons através das membranas plasmáticas de vários tipos de células. As V-ATPases acoplam a energia da hidrólise do ATP ao transporte de prótons através das membranas intracelulares e plasmáticas das células eucarióticas. É geralmente visto como o pólo oposto da ATP sintase porque ATP sintase é um canal de prótons que usa a energia de um gradiente de prótons para produzir ATP. A V-ATPase, entretanto, é uma bomba de prótons que usa a energia da hidrólise do ATP para produzir um gradiente de prótons.

A ATPase do tipo Archaea ( A-ATPase ) é um grupo relacionado de ATPases encontradas em Archaea que geralmente funcionam como uma sintase de ATP . Forma um clado V / A-ATPase com V-ATPase. A maioria dos membros de qualquer um dos prótons de transporte do grupo ( H⁺
), mas alguns membros evoluíram para usar íons de sódio ( Na⁺
) em vez de.

Funções desempenhadas por V-ATPases

As V-ATPases são encontradas nas membranas de muitas organelas, como endossomos , lisossomas e vesículas secretoras, onde desempenham uma variedade de papéis cruciais para a função dessas organelas. Por exemplo, o gradiente de prótons através da membrana vacuolar de levedura gerado por V-ATPases conduz a captação de cálcio para o vacúolo através de um H⁺
/ Ca²⁺
sistema antiporter. Na transmissão sináptica em células neuronais, a V-ATPase acidifica as vesículas sinápticas. A norepinefrina entra nas vesículas pela V-ATPase.

As V-ATPases também são encontradas nas membranas plasmáticas de uma ampla variedade de células, como células intercaladas do rim , osteoclastos (células de reabsorção óssea), macrófagos , neutrófilos , espermatozoides , células do intestino médio de insetos e certas células tumorais . As V-ATPases da membrana plasmática estão envolvidas em processos como homeostase do pH , transporte acoplado e metástase tumoral . As V-ATPases na membrana acrossomal dos espermatozoides acidificam o acrossoma . Esta acidificação ativa as proteases necessárias para perfurar a membrana plasmática do ovo . As V-ATPases na membrana plasmática dos osteoclastos bombeiam prótons para a superfície óssea, o que é necessário para a reabsorção óssea. Nas células intercaladas do rim, as V-ATPases bombeiam prótons para a urina , permitindo a reabsorção do bicarbonato no sangue. Além disso, outra variedade de processos biológicos, como entrega de toxinas, entrada viral, direcionamento de membrana, apoptose, regulação do pH citoplasmático, processo proteolítico e acidificação de sistemas intracelulares, são papéis importantes das V-ATPases.

As V-ATPases também desempenham um papel significativo no desenvolvimento da morfogênese celular. A interrupção do gene vma-1 que codifica a subunidade catalítica (A) da enzima prejudica gravemente a taxa de crescimento, diferenciação e a capacidade de produzir esporos viáveis ​​no fungo Neurospora crassa.

Estrutura

A levedura V-ATPase é a mais bem caracterizada. Existem pelo menos treze subunidades identificadas para formar um complexo funcional V-ATPase, que consiste em dois domínios. As subunidades pertencem ao domínio V _o (subunidades associadas à membrana, letras minúsculas na figura) ou ao domínio V ₁ (subunidades associadas perifericamente, letras maiúsculas na figura).

O V ₁ inclui oito subunidades, AH, com três cópias das subunidades catalíticas A e B, três cópias das subunidades E e G do estator e uma cópia das subunidades C e H regulatórias. Além disso, o domínio V ₁ também contém as subunidades D e F, que formam um eixo de rotor central. O domínio V ₁ contém isoformas de subunidades específicas de tecido, incluindo B, C, E e G. Mutações na isoforma B1 resultam na acidose tubular renal distal da doença humana e surdez neurossensorial.

O domínio V _o contém seis subunidades diferentes, a, d, c, c ', c "e e, com a estequiometria do anel c ainda uma questão de debate com um decâmero sendo postulado para a lagarta do tabaco ( Manduca sexta ) V -ATPase. O domínio V _{o de} mamífero contém isoformas específicas de tecido para as subunidades a e d, enquanto a V-ATPase de levedura contém duas isoformas de subunidades específicas de organela de a, Vph1p e Stv1p. Mutações na isoforma a3 resultam em doença humana infantil osteopetrose maligna e mutações na isoforma a4 resultam em acidose tubular renal distal, em alguns casos com surdez neurossensorial.

O domínio V ₁ é responsável pela hidrólise de ATP, enquanto _o domínio V _o é responsável pela translocação de prótons. A hidrólise de ATP nos locais de ligação de nucleotídeos catalíticos na subunidade A conduz a rotação de uma haste central composta pelas subunidades D e F, que por sua vez conduz a rotação de um barril de subunidades c em relação à subunidade a. A estrutura complexa da V-ATPase foi revelada através da estrutura dos complexos M. Sexta e Yeast que foram resolvidos por crio-EM de partícula única e coloração negativa, respectivamente. Essas estruturas revelaram que a V-ATPase possui uma rede de 3 estator, ligada por um colar de densidade formado pelas subunidades C, H e uma, que, embora dividindo os domínios V ₁ e V _o , não fazem interações com o eixo do rotor central formado pelas subunidades F, D e d. A rotação deste eixo de rotor central causada pela hidrólise de ATP dentro dos domínios catalíticos AB resulta no movimento do cilindro das subunidades c após a subunidade a, que impulsiona o transporte de prótons através da membrana. Uma estequiometria de dois prótons translocados para cada ATP hidrolisado foi proposta por Johnson.

Além das subunidades estruturais da levedura V-ATPase, proteínas associadas que são necessárias para a montagem foram identificadas. Essas proteínas associadas são essenciais para a montagem do domínio V _o e são denominadas Vma12p, Vma21p e Vma22p. Duas das três proteínas, Vma12p e Vma22p, formam um complexo que se liga transitoriamente a Vph1p (subunidade a) para auxiliar sua montagem e maturação. Vma21p coordena a montagem das subunidades V _o , bem como acompanha _o domínio V _o em vesículas para transporte para o Golgi .

V ₁

O domínio V ₁ da V-ATPase é o local de hidrólise do ATP. Ao contrário de V _o , o domínio V ₁ é hidrofílico. Este domínio solúvel consiste em um hexâmero de subunidades A e B alternadas, um rotor central D, estatores periféricos G e E e subunidades regulatórias C e H. A hidrólise de ATP leva a uma mudança conformacional nas seis interfaces A | B e com ela a rotação do rotor central D. Ao contrário da ATP sintase, o domínio V ₁ não é uma ATPase ativa quando dissociado.

Subunidade C

V-ATPase (Vacuolar-ATPase) C representa a subunidade C terminal que faz parte do complexo V1 e está localizada na interface entre os complexos V1 e Vo.

Função da subunidade C

A subunidade C desempenha um papel essencial no controle da montagem da V-ATPase, atuando como um estator flexível que mantém juntos os setores catalítico (V1) e de membrana (VO) da enzima. A liberação da subunidade C do complexo ATPase resulta na dissociação dos subcomplexos V1 e Vo, que é um mecanismo importante no controle da atividade da V-ATPase nas células . Essencialmente, ao criar um alto gradiente eletroquímico e baixo pH, isso capacita a enzima a criar mais ATP.

Subunidades E, G

Essas subunidades relacionadas constituem o (s) talo (s) da A / V-ATPase. Eles são importantes na montagem e podem funcionar como hastes em atividade. E tem uma tampa para conectar a A / B, enquanto G não. Eles provavelmente evoluíram de uma única proteína por duplicação de genes .

Subunidade H

Esta subunidade está envolvida apenas na atividade e não na montagem. Essa subunidade também atua como um inibidor das subunidades V1 livres; ele para a hidrólise de ATP quando V1 e Vo estão dissociados.

V _o

O domínio V _o é responsável pela translocação de prótons. Ao contrário da ATP sintase do tipo F , _o domínio V _o geralmente transporta prótons contra seu próprio gradiente de concentração. A rotação do domínio V _o transporta os prótons em movimento coordenado com o domínio V ₁ , que é responsável pela hidrólise do ATP. O domínio V _o é hidrofóbico e composto de várias subunidades dissociáveis. Essas subunidades estão presentes no domínio V _o para torná-lo uma translocase de próton funcional; eles são descritos abaixo.

Subunidade a / I

A subunidade 116kDa (ou subunidade a) e a subunidade I são encontradas no complexo Vo ou Ao de V- ou A-ATPases, respectivamente. A subunidade 116kDa é uma glicoproteína transmembrana necessária para a atividade de montagem e transporte de prótons do complexo ATPase. Existem várias isoformas da subunidade 116kDa, fornecendo um papel potencial no direcionamento diferencial e regulação da V-ATPase para organelas específicas.

A função da subunidade de 116 kDa não está definida, mas sua estrutura prevista consiste em 6–8 setores transmembranosos, sugerindo que ela pode funcionar de forma semelhante à subunidade a de FO.

Subunidade d / C

A subunidade d em V-ATPases, chamada subunidade C em A-ATpases, é uma parte do complexo Vo. Eles se encaixam no meio do anel C, portanto, acredita-se que funcionem como um rotor. Existem duas versões desta subunidade em eucariotos, d / d1 e d2.

Em mamíferos, d1 ( ATP6V0D1 ) é a versão expressa de forma ubíqua e d2 ( ATP6V0D2 ) é expresso apenas em tipos específicos de células.

Subunidade c

Semelhante à ATP sintase do tipo F, a região transmembranar da V-ATPase inclui um anel de subunidades que abrangem a membrana que são principalmente responsáveis ​​pela translocação de prótons. Diferente da ATP sintase do tipo F, entretanto, a V-ATPase tem múltiplas subunidades relacionadas no anel c; em fungos como a levedura, há três subunidades relacionadas (de estequiometria variada) e na maioria dos outros eucariotos há duas.

Montagem V-ATPase

As V-ATPases de levedura falham na montagem quando qualquer um dos genes que codificam as subunidades são excluídos, exceto as subunidades H e c ". Sem a subunidade H, a V-ATPase montada não é ativa, e a perda da subunidade c" resulta no desacoplamento de atividade enzimática.

Os mecanismos precisos pelos quais a montagem das V-ATPases ainda são controversos, com evidências sugerindo duas possibilidades diferentes. A análise mutacional e os ensaios in vitro mostraram que os domínios V _o e V ₁ pré-montados podem se combinar para formar um complexo em um processo denominado montagem independente. O suporte para montagem independente inclui as descobertas de que _o domínio V _o montado pode ser encontrado no vacúolo na ausência do domínio V ₁ , enquanto os domínios V ₁ livres podem ser encontrados no citoplasma e não no vacúolo . Em contraste, experimentos de busca de pulso in vivo revelaram interações precoces entre as subunidades V _o e V ₁ , para ser específico, as subunidades a e B, sugerindo que as subunidades são adicionadas passo a passo para formar um único complexo em um conjunto processo de montagem.

Evolução de V-ATPase

Uma técnica relativamente nova chamada ressurreição do gene ancestral lançou uma nova luz sobre a história evolutiva da V-ATPase. Foi demonstrado como a estrutura da V-ATPase da forma ancestral que consiste em duas proteínas diferentes evolui para a versão do fungo com três proteínas diferentes. A ATPase do tipo V é semelhante à archaeal (chamada) ATP sintase do tipo A , um fato que suporta uma origem arquea de eucariotos (como a hipótese de Eócitos , ver também Lokiarchaeota ). A ocorrência excepcional de algumas linhagens de arqueas com tipo F e de algumas linhagens de bactérias com ATPase tipo A, respectivamente, é considerada como resultado da transferência horizontal de genes .

Regulação da atividade de V-ATPase

Sabe-se que as V-ATPases são inibidas especificamente por antibióticos macrolídeos, como a concanamicina (CCA) e a balifomicina A 1 . A regulação in vivo da atividade da V-ATPase é realizada por dissociação reversível do domínio V _{1 do} domínio V _o . Após a montagem inicial, tanto o inseto Manduca sexta quanto a levedura V-ATPases podem se desmontar reversivelmente em domínios V _o e V ₁ livres após uma privação de glicose de 2 a 5 minutos. A desmontagem reversível pode ser um mecanismo geral de regulação da atividade da V-ATPase, uma vez que existe em leveduras e insetos. A remontagem é proposta para ser auxiliada por um complexo denominado RAVE (regulador de H⁺
-ATPase de membranas vacuolar e endossomal). A desmontagem e remontagem de V-ATPases não requer nova síntese de proteína, mas precisa de uma rede microtubular intacta .

Doenças humanas

Osteopetrose

Osteopetrose é um nome genérico que representa um grupo de doenças hereditárias nas quais existe um defeito na reabsorção óssea osteoclástica . A osteopetrose dominante e recessiva ocorre em humanos. A osteopetrose autossômica dominante mostra sintomas leves em adultos que apresentam fraturas ósseas frequentes devido a ossos quebradiços. Uma forma mais grave de osteopetrose é denominada osteopetrose infantil autossômica recessiva maligna. Três genes responsáveis ​​pela osteopetrose recessiva em humanos foram identificados. Todos eles estão diretamente envolvidos nas vias de geração e secreção de prótons, essenciais para a reabsorção óssea. Um dos genes é a anidrase carbônica II (CAII), que, quando sofre mutação, causa osteopetrose com acidose tubular renal (tipo 3). Mutações no gene ClC7 do canal de cloreto também levam à osteopetrose dominante e recessiva. Aproximadamente 50% dos pacientes com osteopetrose maligna infantil recessiva apresentam mutações na isoforma da subunidade a3 da V-ATPase. Em humanos, foram identificadas 26 mutações na isoforma a3 da subunidade V-ATPase, encontrada nos osteoclastos, que resultam na osteopetrose autossômica recessiva da doença óssea.

Acidose tubular renal distal (ATRd)

A importância da atividade da V-ATPase na secreção renal de prótons é destacada pela acidose tubular renal distal da doença hereditária . Em todos os casos, a acidose tubular renal resulta de uma falha dos mecanismos renais normais que regulam o pH sistêmico. Existem quatro tipos de acidose tubular renal. O tipo 1 é a acidose tubular renal distal e resulta de uma falha do ducto coletor cortical em acidificar a urina abaixo de pH 5. Alguns pacientes com ATRd autossômica recessiva também apresentam perda auditiva neurossensorial . A herança deste tipo de RTA resulta de mutações na isoforma B1 da subunidade V-ATPase ou na isoforma a4 ou mutações da banda 3 (também chamada de AE1), um trocador Cl- / HCO3-. Doze mutações diferentes na isoforma B1 da V-ATPase e vinte e quatro mutações diferentes em a4 levam à dRTA. Estudos de reação em cadeia da polimerase de transcrição reversa demonstraram a expressão da subunidade a4 na célula intercalada do rim e na cóclea . A ATRd causada por mutações no gene da subunidade a4, em alguns casos, pode estar associada à surdez devido a uma falha em acidificar normalmente a endolinfa do ouvido interno .

Miopatia ligada ao X com autofagia excessiva (XMEA)

A miopatia ligada ao X com autofagia excessiva é uma doença genética rara resultante de mutações no gene VMA21. A doença tem início na infância e resulta em uma fraqueza muscular lentamente progressiva, geralmente começando nas pernas, e alguns pacientes podem precisar de assistência de cadeira de rodas com idade avançada. A proteína Vma21 auxilia na montagem da V-ATPase, e as mutações associadas ao XMEA resultam na diminuição da atividade da V-ATPase e aumento do pH lisossomal .

Nomenclatura

O termo V _o tem uma letra minúscula "o" (não o número "zero") no subscrito. O "o" significa oligomicina , que se liga à região homóloga da F-ATPase . É importante notar que as notações do gene humano no NCBI o designam como "zero" em vez da letra "o". Por exemplo, o gene para a subunidade c humana de Vo está listado no banco de dados de genes NCBI como "ATP6V0C" (com um zero), em vez de "ATP6VOC" (com um "o"). Muitas peças da literatura também cometem esse erro.

Veja também

• ATP sintase
• ATPases
• F-ATPase
• Na + / K + -ATPase

Referências

links externos

• V-Type + ATPase nos cabeçalhos de assuntos médicos da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA (MeSH)